BACKGROUND AND AIMS An important feature for the destabilization of atherosclerotic plaques is the presence of immune cells. The preferential development of atherosclerosis at arterial branches, where local flow is altered, suggests that hemodynamic factors contribute to atherogenesis. On the upstream side, luminal narrowing causes a strong increase in wall shear stress and tensile stress. In contrast, turbulent flow is present downstream. Both conditions are assumed to be associated with the recruitment of circulating immune cells. Thus, we investigated the emergence of different immune cells and the expression of HLADR, chemokines and chemokine receptors dependent on the direction of blood flow. METHODS Carotid endarterectomy specimens containing advanced atherosclerotic plaques of 54 patients were examined in the longitudinal axial direction. Plaque morphology was analyzed using trichrome staining. The presence of neovascularisation and intraplaque hemorrhage was investigated by CD34immunostaining of endothelial cells and Mallory´s iron stain. Immunohistochemical stainings were performed to detect smooth muscle cells (actin+), macrophages (CD 68+), T cells (CD3+), dendritic cells (DC: fascin+), and mature DC (CD83+). The expression of HLA-DR, of chemokine receptors (CCR2, CCR6), and of chemokines (MCP-1, MIP-3a) was investigated. Computer-assisted histomorphometric analyses were performed to quantify stained cells in the upstream and downstream plaque shoulder. RESULTS AND OBSERVATIONS Compared to upstream, significantly more smooth muscle cells were detected downstream (P<0.001). In contrast, higher numbers of macrophages (P=0.01), T cells (P=NS), DC (P=0.03), and mature DC (P=0.007) were observed in the upstream than in the downstream shoulder. Correspondingly, a higher expression of HLA-DR (P=0.004), CCR2 (P=0.002), CCR6 (P<0.001), MCP-1 (P=0.05), and MIP-3a (P=NS) was detected upstream. The frequency of immune cells and the expression of HLA-DR, chemokines, and chemokine receptors were strongly associated with neovascularisation. PRACTICAL CONCLUSIONS Smooth muscle cells are abundant downstream, providing an explanation for the known distal plaque growth. Compared to downstream, in the upstream plaque shoulder the expression of certain chemokines (MCP-1, MIP-3a) and the corresponding chemokine receptors (CCR2, CCR6) is significantly higher, leading to an enhanced recruitment of HLA-DR-expressing immune cells into the upstream part of atherosclerotic plaques. Consequently, higher inflammation leads to the destabilization particularly of the upstream side of atherosclerotic plaques. Pathological studies confirmed this hypothesis showing that plaque complications such as rupture were observed more often upstream than downstream. Neovascularization was abundant mainly in the upstream shoulder and seems to be possible portal for the entry of circulating immune cells. Further studies are required to elucidate if the recruitment of circulating immune cells into atherosclerotic lesions is affected directly by certain flow conditions.

HINTERGRUND UND ZIELE Immunzellen spielen eine wichtige Rolle bei der Entstehung, Progression und Destabilisierung atherosklerotischer Plaques. Atherosklerotische Plaques entstehen häufig in Gefäßregionen, in denen der normale laminare Blutfluss gestört ist, wie zum Beispiel an Bifurkationen. Es ist daher anzunehmen, dass Flussbedingungen selbst einen Einfluss auf die Entstehung der Atherosklerose haben könnten. Während im Bereich der proximalen Plaqueschulter die Verengung des Gefäßlumens eine Zunahme der Flussgeschwindigkeit und dadurch des wall shear stresses bewirkt, findet man an der distalen Plaqueschulter niedrige Flussgeschwindigkeiten und ein turbulentes Flussprofil. In in-vitro Untersuchungen wurde für beide Flussbedingungen eine Zunahme der Einwanderung von Immunzellen in die Gefäßwand nachgewiesen [Glagov et al., 1988]. Aus diesem Grund wurde in der vorliegenden in-vivo Studie die Zahl verschiedener Immunzellen und die Expression von HLA-DR, Chemokinen und Chemokinrezeptoren in der proximalen und distalen Plaqueschulter untersucht. METHODEN In dieser Arbeit wurden 54 Längsschnittpräparate humaner Karotisplaques aus Thrombendarteriektomieproben von Patienten nach Karotis-TEA, hergestellt. Nach entsprechender Vorbereitung wurden immunhistochemische Färbungen zum Nachweis glatter Muskelzellen (a-Aktin+), Makrophagen (CD68+), T-Lymphozyten (CD3+), Dendritischer Zellen (Fascin+) und reifer Dendritischer Zellen (CD83+) durchgeführt. Zum Nachweis von Neovaskularisation wurde zusätzlich die Färbung von Endothelzellen (CD34+) vorgenommen. Des Weiteren wurde die Expression von MCP-1, MIP-3a, CCR2, CCR6 und HLA-DR immunhistochemisch untersucht. Anschließend erfolgte mittels eines digitalen Bildanalysesystems eine exakte mikroskopische Quantifizierung der Anzahl verschiedener Immunzellen und der Expression von Chemokinen, Chemokinrezeptoren und HLA-DR in der proximalen und distalen Plaqueschulter (0,25 mm²). ERGEBNISSE UND BEOBACHTUNGEN Verglichen mit der proximalen Plaqueschulter zeigten sich im distalen Teil signifikant mehr glatte Muskelzellen (P<0,001). Im Gegensatz dazu war die Zahl Dendritischer Zellen (P=0,03), reifer Dendritischer Zellen (P=0,007) und Makrophagen (P=0,01) in der proximalen Plaqueschulter signifikant erhöht. Für T-Lymphozyten zeigten sich ebenfalls höhere Werte in der proximalen Plaqueschulter, jedoch ohne statistische Signifikanz. In der proximalen Plaqueschulter wurde außerdem eine höhere Expression von MCP-1(P=0,05), MIP-3a (P=NS), CCR2 (P=0,002), CCR6 (P<0,001) und HLA-DR (P=0,004) beobachtet. Neovaskularisation wurde signifikant häufiger in der proximalen als in der distalen Plaqueschulter festgestellt (51 vs. 35%, P=0.03), wobei sich hierbei eine deutliche Korrelation mit der Häufigkeit von Immunzellen zeigte. PRAKTISCHE SCHLUSSFOLGERUNGEN In unserer Studie wurde eine höhere Zahl glatter Muskelzellen in der distalen Plaqueschulter nachgewiesen, was das bekannte, verstärkte Plaquewachstum stromabwärts erklärt. Hingegen zeigte sich in der proximalen Plaqueschulter eine höhere Zahl an Immunzellen, angelockt durch die vermehrte Freisetzung von Chemokinen, sowie eine höhere HLA-DR-Expression, was die Destabilisierung des Atheroms und damit die häufigere Plaqueruptur im proximalen Bereich erklärt. Da neugebildete Gefäße in den Atheromen vorwiegend in der proximalen Plaqueschulter vorkamen, könnten diese als Eintrittspforte für zirkulierende Immunzellen in das Atherom dienen.